Горелочное устройство
Владельцы патента RU 2523591:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) (RU)
Изобретение относится к жидкотопливным горелочным устройствам, использующим для горения перегретый водяной пар. Горелочное устройство содержит расположенные соосно корпус, парогенератор водяного пара, установленный в корпусе и состоящий из бачка-испарителя, паросепаратора, выполненных в виде кольцевых камер, пароперегревателя, выполненного в виде трубки с полыми стенками и установленного внутри бачка-испарителя, и паровой форсунки, установленной снизу пароперегревателя с возможностью подачи пара и вместе с ним горящей смеси сквозь пароперегреватель, соединенных между собой трубками. Технический результат - повышение температуры перегретого водяного пара и, как следствие, повышение температуры факела, интенсификация горения и повышение полноты сгорания углеводородного топлива при снижении вредных выбросов монооксида углерода. 1 ил.
Изобретение относится к жидкотопливным горелочным устройствам, использующим для горения перегретый водяной пар.
Известно горелочное устройство, использующее для горения перегретый водяной пар [Патент РФ №2211935, 20.12.2003 г., F23C 11/00, F23L 7/00], содержащее корпус в виде стакана, паровую форсунку, вмонтированную в дно корпуса над топливником, топливопровод, вмонтированный в топливник, паропровод, соединенный с паровой форсункой и камеру газогенерации.
Недостатком такого горелочного устройства является то, что для его работы требуется посторонний источник перегретого водяного пара необходимых параметров, т.е. неавтономность.
Наиболее близким техническим решением является горелочное устройство [Патент РФ №2373458, 20.11.2009 г., F23C 99/00, F23L 7/00], содержащее корпус, встроенный парогенератор водяного пара с паровой форсункой и камеру газогенерации. Кроме того, в корпусе сбоку установлено сопло для выхода факела, а паровая форсунка расположена в камере газогенерации, соосно с соплом и трубкой соединена с пароперегревателем парогенератора, имеющим форму кольцевой камеры, внутри которого расположен паросепаратор, а водяной бачок-испаритель парогенератора расположен сверху пароперегревателя и паросепаратора, причем бачок-испаритель, паросепаратор и пароперегреватель соединены трубками и не имеют общих стенок.
Недостатком такого устройства является низкая температура перегретого пара.
Известно, что в таких горелочных устройствах происходит процесс паровой газификации углерода топлива с образованием водяного газа (синтез-газа). Эффективность этого процесса зависит от температуры водяного пара. Выше температура пара, больше водяного газа и, как следствие, выше температура факела, выше скорость горения и полнота сгорания топлива, ниже содержание монооксида углерода в продуктах горения.
Задачей изобретения является повышение температуры перегретого водяного пара в автономном малогабаритном горелочном устройстве.
Поставленная задача решается тем, что в горелочном устройстве, содержащем корпус, парогенератор водяного пара, установленный в корпусе и состоящий из бачка-испарителя, паросепаратора, пароперегревателя, выполненного в виде трубки с полыми стенками, и паровой форсунки, соединенных между собой трубками, согласно изобретению бачок-испаритель и паросепаратор выполнены в виде кольцевых камер, пароперегреватель установлен внутри бачка-испарителя, а паровая форсунка установлена снизу пароперегревателя с возможностью подачи пара и вместе с ним горящей смеси сквозь пароперегреватель, причем корпус, бачок-испаритель, паросепаратор, пароперегреватель и паровая форсунка расположены соосно.
В заявляемом горелочном устройстве бачок-испаритель частью своей поверхности находится в зоне горения топлива, что позволяет повысить давление и температуру насыщенного водяного пара. Паросепаратор и пароперегреватель полностью находятся в зоне горения топлива, что еще более повышает температуру водяного пара, выработанного в бачке-испарителе. Реагирующий поток проходит сквозь пароперегреватель, нагревая его до красного свечения, что позволяет значительно повысить температуру водяного пара на выходе из пароперегревателя.
Таким образом, предлагаемое техническое решение за счет наличия блоков парогенератора, имеющих простую и компактную форму и оригинальное взаимное расположение, позволяет создать автономное, малогабаритное горелочное устройство, вырабатывающее для своей работы водяной пар более высокой, чем у прототипа температуры, что позволяет повысить температуру факела, интенсифицировать процесс горения и повысить полноту сгорания жидкого углеводородного топлива, понизить вредные выбросы монооксида углерода.
Сущность технического решения поясняется чертежом, фиг.1, общего вида устройства.
Устройство состоит из двух отдельных блоков - корпус 1 и парогенератор 2. Парогенератор 2 состоит из бачка-испарителя 3, паросепаратора 4, пароперегревателя 5 и форсунки 6. Бачок-испаритель 3 соединен с паросепаратором 4 паропроводом 7, а паросепаратор 4 соединен с пароперегревателем 5 паропроводом 8. Пароперегреватель 5 соединен паропроводом 9 с держателем 10, в котором установлена форсунка 6. В бачок-испаритель 3 вварена заливная горловина 11, закрытая пробкой 12. Вся конструкция парогенератора 2 держится в корпусе 1 посредством трех лапок 13. Корпус 1 состоит из цилиндра 14, топки 15, имеющей воздуховоды 16, закрываемые заслонкой 17. Топливо подается в топку 15 по топливопроводу 18, на конце которого размещен топливоприемник 19. Пароперегреватель 5 состоит из внешней трубки 20 и двух внутренних 21 и 22. На внешней цилиндрической поверхности трубок 21 и 22 выполнены винтовые каналы для прохода пара.
Устройство работает следующим образом.
В топливоприемник 19 от топливного бачка (не показан) затекает жидкое топливо, и по топливопроводу 18 попадает в топку 15, где горит сажным факелом. От тепла горящего топлива вода, залитая в бачок-испаритель 3, закипает, образуя насыщенный пар с давлением до 12 атмосфер, который поступает по паропроводу 7 в паросепаратор 4, где отделяется вода от пара. Далее по паропроводу 8 отсепарированный пар поступает в пароперегреватель 5, где повышает свою температуру и, двигаясь по паропроводу 9, истекает из паровой форсунки 6 сквозь пароперегреватель 5, создавая при этом разрежение в топке 15 за счет эжекционного эффекта. Продукты сажного горения засасываются паровой струей и движутся сквозь пароперегреватель 5, увеличивая его температуру. Тепло, получаемое пароперегревателем 5, передается пару, протекающему по внутренним винтовым каналам пароперегревателя 5. При смешивании перегретого водяного пара и продуктов разложения углеводородного топлива происходит химическая реакция паровой газификации с образованием водорода и монооксида углерода. Температура факела, истекающего из горелочного устройства, достигает 1500°С.
Обоснование промышленной применимости.
Заявляемое горелочное устройство было изготовлено и испытано. Устройство было изготовлено из нержавеющей стали 12×18Н10Т в масштабе 1:1 от изображения на фиг.1.
В качестве компонент горения использовались дизельное топливо, дистиллированная вода и воздух. Количество воды в бачке-испарителе составляло 300 г., его хватало на 1 час работы устройства. Были получены следующие параметры: температура в топке - 650°С; температура в факеле -1500°С (в прототипе - 1300°С); давление в бачке-испарителе - 12 атмосфер. Сажных частиц на выходе из факела не наблюдалось.
Как показали результаты экспериментов, в заявляемом устройстве температура водяного пара выше, чем в прототипе, следовательно, больше водяного газа, выше температура факела, выше скорость горения и полнота сгорания топлива. Таким образом, эксперименты подтвердили эффективность заявляемого устройства.
Изготовленное устройство может применяться как источник энергии в автономных отопительно-варочных устройствах.
Горелочное устройство, содержащее корпус, парогенератор водяного пара, установленный в корпусе и состоящий из бачка-испарителя, паросепаратора, пароперегревателя, выполненного в виде трубки с полыми стенками, и паровой форсунки, соединенных между собой трубками, отличающееся тем, что бачок-испаритель и паросепаратор выполнены в виде кольцевых камер, пароперегреватель установлен внутри бачка-испарителя, а паровая форсунка установлена снизу пароперегревателя с возможностью подачи пара и вместе с ним горящей смеси сквозь пароперегреватель, причем корпус, бачок-испаритель, паросепаратор, пароперегреватель и паровая форсунка расположены соосно.
